[发明专利]等离子体氧化处理方法和半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用等离子体对半导体基板进行处理的等离子体氧化处理方法和半导体装置的制造方法。

背景技术

最近，由于LSI的高集成化和高速化的要求，构成LSI的半导体元件的设计规则越来越微细化。与此相伴，要求用于DRAM和闪存等的晶体管的栅电极的低电阻化。作为栅电极，以往一直使用多晶硅，但是多晶硅有薄层电阻(sheet resistance)高的缺点。因此，作为电阻值低、与硅的密着性以及加工性优异的金属，已提出在多晶硅层上叠层钨等高熔点金属的硅化物层。具体地说，例如多晶硅-硅化钨(WSi/poly-Si的叠层膜)等多晶硅-金属硅化物结构的栅电极受到关注。

可是，晶体管的栅，通常按照阱、栅绝缘膜、栅电极的顺序形成。在形成栅电极时，实施蚀刻处理。由此，栅电极中的多晶硅层的侧面露出，因此，当向栅电极施加电压时，在该露出部分产生电场集中，成为引起漏电流增大等制品不良的原因。因此，需要进行将栅电极中的多晶硅的露出部分氧化以形成绝缘膜的氧化处理。该多晶硅的氧化，以往通过热氧化进行，但最近提出了利用等离子体进行的等离子体氧化(例如，WO2004/073073号公报)。

在利用等离子体进行的多晶硅层的氧化中，通过选择等离子体氧化的条件，抑制含金属层的氧化，能够选择性地仅对多晶硅层进行氧化，并且，能够抑制在多晶硅层的边缘部形成被称为鸟嘴的氧化膜的侵入部分。

但是，当在利用等离子体对多晶硅层进行氧化时过度抑制鸟嘴的形成时，多晶硅层的边缘部的形状几乎不发生变化，成为锐角，从而在该部位电场集中、产生使漏电流增大的问题。因此，与上述相反，通过选择等离子体氧化的条件，能够有意地在多晶硅层的边缘部使氧化向横向进行，形成所谓的鸟嘴。

然而，对于多晶硅-金属硅化物结构的栅电极，在利用等离子体氧化处理对多晶硅层进行氧化、并且要在其边缘部形成鸟嘴时，必须选择氧化作用比较强的处理条件，因此，相对于金属硅化物层中的金属，多晶硅的氧化选择性降低。结果，金属硅化物层中的金属被氧化，会发生金属硅化物层的膨胀等形状变化和由金属氧化物引起的颗粒的产生等问题，使半导体装置的可靠性大大降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在对具有硅层和含金属层的构造体中的硅层进行氧化以形成硅氧化膜的情况下，能够使硅层的边缘部的氧化膜成为适当厚度的鸟嘴形状、同时能够抑制含金属层中的金属的氧化的等离子体氧化处理方法。

本发明的第一方面提供一种等离子体氧化处理方法，其对至少具有硅层和含金属层的构造物进行氧化处理，至少在上述硅层上形成硅氧化膜，其特征在于，包括：使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在1.33～66.67Pa的处理压力下，进行第一等离子体氧化处理的工序；和在进行上述第一等离子体氧化处理后，使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在133.3～1333Pa的处理压力下，进行第二等离子体氧化处理的工序。

本发明的第二方面提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：在半导体基板上形成绝缘膜的工序；在该绝缘膜上形成至少具有多晶硅层和含金属层的叠层膜的工序；对上述叠层膜进行蚀刻处理，形成多晶硅层和金属硅化物层的叠层体的工序；使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在1.33～66.67Pa的处理压力下，对上述叠层体进行第一等离子体氧化处理的工序；和在上述第一等离子体氧化处理之后，使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在133.3～1333Pa的处理压力下，进行第二等离子体氧化处理的工序。

本发明的第三方面提供一种等离子体氧化处理方法，其对从下面开始依次形成有氧化膜、第一多晶硅层、绝缘膜、第二多晶硅层、和含金属层的基板进行氧化处理，至少在上述第一和第二多晶硅层上形成硅氧化膜，其特征在于，包括：使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在1.33～66.67Pa的处理压力下，进行第一等离子体氧化处理的工序；在上述第一等离子体氧化处理之后，使用至少含有氢气和氧气的处理气体，在133.3～1333Pa的处理压力下，进行第二等离子体氧化处理的工序。

在上述第一方面中，典型地，上述硅层由多晶硅层构成，上述含金属层由金属硅化物层构成，上述构造体是将它们叠层而形成的叠层体。作为金属硅化物层，能够使用硅化钨层。

在上述第一～第三方面中，在硅层为多晶硅层、含金属层为金属硅化物的情况下，上述第一等离子体氧化处理的处理温度和上述第二等离子体氧化处理的处理温度优选为250～800℃。